摘 要

动力电池是新能源汽车的核心部分，具有良好环境效益的同时也带来了一些问题。动力电池的成本昂贵，使用3-5年后便从汽车上退役，造成了严重的资源浪费，而且这些废旧电池含有大量有害物质，易造成环境污染。因此动力电池的回收循环利用和资源化处理至关重要，不仅能降低电池的使用成本，延长使用寿命，还能解决因废旧电池造成的环境污染问题，同时还可以节约资源，有利于我国新能源汽车产业的健康发展，对我国经济和环境的可持续发展具有重要意义。

本文主要研究了新能源汽车动力电池的管理策略，包括回收物流策略、梯级利用策略以及废弃物资源化处理策略。对于在电动汽车上不能继续使用的动力电池，分析了电池回收的现状和回收路径，以动力电池回收模式为切入点，针对现有的回收难点和问题，探讨了动力电池的回收物流策略，用以提高回收效率；经回收后的电池，分析电池梯级利用的过程，结合当前应用的场景情况，从评估筛选到利用的过程中存在的问题，提出面向技术、经济和产业方面的策略；当电池完全报废后，以资源化处理为出发点，根据每种电池不同的处理工艺，从每种工艺流程的发展现状和应用等方面分析其优势和不足，给出一定的改进措施和建议，并结合电池管理的方法，从技术、产业和政策等方面探讨资源化处理的策略。

研究结果表明，由于新能源汽车发展时间短暂，导致动力电池的管理方法中存在不少需要改进的地方，还有很大的提升空间，动力电池的管理是一个系统性的工程，本文针对相应的问题提出的相关策略，对退役动力电池的管理有一定的借鉴作用，有助于动力电池回收物流的高效性、重组梯级利用的可行性以及废旧物处理向着资源节约和环境友好型的方向发展。

本文的特色在于对动力电池的管理是从回收开始到资源化处理，覆盖整个生命周期的管理策略；运用全生命周期理论，对每个阶段提出相对应的管理策略。另一方面，针对现有的管理方式，提出改进建议和措施。

关键词：动力电池；回收物流；梯级利用；资源化处理

Abstract

The power battery is the core part of the new energy vehicle. It has good environmental benefits, but it also brings some problems. Power batteries are expensive, and they are retired from the car after 3-5 years of use, causing serious waste of resources, and these used batteries contain a lot of harmful substances, which are likely to cause environmental pollution. Therefore, the recycling and resource utilization of power batteries is essential, which not only reduces the cost of battery use, but also prolongs the service life. It also solves the environmental pollution caused by used batteries, and also saves resources and is beneficial to China's new energy. It is important to the sustainable development of economy and environment.

This paper mainly studies the management strategy of new energy vehicle power battery, including recycling logistics strategy, gradient utilization strategy and waste resource processing strategy. For the power battery that can not be used continuously in electric vehicles, the status quo and recovery path of battery recycling are analyzed. Taking the power battery recovery mode as the entry point, the recycling strategy of power battery is discussed for the existing recycling difficulties and problems, in order to improve recycling efficiency. After recycling, this paper analyzes the process of battery gradient utilization, and combines the current application scenarios, from the evaluation to the problems in the process of utilization, and proposes strategies for technology, economy and industry. After the battery is scrapped, the resource processing is taken as the starting point. According to the different processing techniques of each battery, the advantages and disadvantages of each process flow are analyzed, and some improvement measures and suggestions are given. In combination with the battery management method, the strategy of resource processing is discussed from the aspects of technology, industry and policy.

The research results show that due to the short development time of new energy vehicles, there are still many areas for improvement in the management strategy of power batteries. There is still much room for improvement. The management of power batteries is a systematic project. The management of power battery is a systematic project. The relevant strategies proposed in this paper have certain reference for the management of decommissioned power battery. The research is helpful to the efficiency of power battery recycling logistics and the feasibility of reusing gradient utilization, and helps waste materials to be developed in a resource-saving and environmentally friendly manner.

The characteristic of this paper is that the management of power battery is from the beginning of recycling to the resource processing, covering the entire life cycle management strategy. By using the full life cycle theory, the corresponding management strategy is proposed for each stage. On the other hand, suggestions and measures for improvement are proposed for existing management methods.

Key Words：Power battery；Recycling logistics；Gradient utilization；Resource recovery

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 研究现状分析 1

1.2.1 国外研究现状分析 1

1.2.2 国内研究现状分析 2

1.3 研究内容及研究思路 4

第2章 动力电池及其全寿命周期 6

2.1 动力电池 6

2.1.1 动力电池类别 6

2.1.2 动力电池结构及其工作原理 8

2.2 动力电池全寿命周期 11

第3章 动力电池回收物流策略 12

3.1 动力电池回收现状 12

3.1.1 国内回收现状 12

3.1.2 国外回收现状 13

3.2 回收物流路径及模式分析 13

3.2.1 动力电池回收路径 13

3.2.2 动力电池回收模式分析 14

3.3 动力电池回收过程中的难点分析 16

3.4 动力电池回收的策略 17

3.4.1 建立健全回收网络 17

3.4.2 企业承担主体责任 18

3.4.3 有偿制回收 18

3.4.4 第三方物流系统 19

3.4.5 全生命周期监控 19

第4章 动力电池梯级利用策略 21

4.1 梯级利用现状 21

4.1.1 国内梯级利用情况 21

4.1.2 国外梯级利用情况 21

4.2 梯级利用策略分析 22

4.2.1 储能领域 23

4.2.2 低速电车领域 24

4.3 梯级利用的过程和存在问题分析 24

4.3.1 梯级利用的过程 24

4.3.2 梯级利用存在的问题 25

4.4 对动力电池梯级利用的策略及展望 26

4.4.1 技术层面的改进和市场推广 26

4.4.2 多领域发展 27

4.4.3 面向产业方面的梯级利用 27

第5章 废旧动力电池处理策略 29

5.1 废旧动力电池处理经济和环境意义 29

5.2 废旧动力电池处理现状 29

5.3 回收处理技术 30

5.3.1 铅酸电池回收处理 30

5.3.2 镍氢电池回收处理 32

5.3.3 锂离子电池回收处理 35

5.4 废旧电池资源化处理的策略 38

第6章 总结与展望 41

参考文献 43

致谢 45

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

由于环境污染的日益加重和化石燃料的匮乏，以电代油的新能源汽车发展迅猛，作为新能源汽车的核心组件，动力电池起了至关重要的作用。然而动力电池组使用也带来了一些问题。电池组的成本昂贵，占据新能源汽车整车价格的10%～40%，而且能量下降到80%以下时就不能满足汽车的性能要求而从汽车上退役，而退役的动力电池还有很大的使用价值，这样就造成了严重的资源浪费。而且动力电池的使用也带了一些污染问题，动力电池中含有大量的有害物质，如果处理不当，不仅对环境造成污染，也会给人体健康带来潜在危害，同时报废电池中还含有大量的有价金属元素，这些资源可以再回收利用。基于此本文主要对于动力电池的管理策略进行研究，包括对于废旧电池的回收物流策略，具有使用价值的电池进行梯级利用策略，完全报废的电池进行资源化处理策略。

由于不断扩大的新能源汽车产业，这些动力电池的有效管理策略，对新能源汽车产业的发展至关重要。对废旧动力电池回收策略的研究可以使废旧电池进入正规的管理市场，防止污染环境，同时降低回收成本，提高回收效益。回收后的动力电池，经评估筛选后有使用价值的电池采用梯级利用的方式，应用于其他领域利用其剩余能量，可以使资源充分利用，减少电池的使用成本和维护成本，延长电池使用年限。对于完全报废的电池，资源化处理策略对于防止环境污染具有重要意义，而且回收电池中的贵重金属元素可以缓解能源短缺的问题，对于促进新能源汽车的发展有一定的积极作用。因此对于动力电池的管理策略，既能降低动力电池的成本，又能降低有价金属的消耗率，节约资源，同时防止环境污染，从而促进新能源汽车产业的健康发展。

1.2 研究现状分析

国内外企业和相关机构对已经明确认识到动力电池管理策略的重要性，研究了一些策略并取得了一定的成效，欧美等国家在这方面处于领先地位。

1.2.1 国外研究现状分析

在国外，尤其是欧美日等国家，由于汽车工业体系比较完善，动力电池的回收利用和资源化处理也已经发展到成熟阶段。

Mikaela DeRousseau等人提出，动力电池采用寿命终止（EOL）管理策略时，应优先考虑报废方案。当动力电池组足够健康时，首选的方案是再制造，由于性能良好，它可以在同一汽车应用中重复使用；另一种策略是回收电池，回收各种能量状态的电池组；再利用是另一种生命战略，它弥补了再制造和再循环之间的差距：当电池不能在汽车上使用时，能够在更长的使用寿命内在其他领域使用，并且可以提取更多的价值[^[1]]。

Tobias Elwert等人研究了当前欧盟、美国和中国在回收利用电池方面的法规和现状，提出未来汽车动力电池的回流预测，分析了对于动力电池的回收技术，回收路线都从电动汽车中提取电池开始，然后拆卸到模块/电池级别，这允许将电池基础设施的不同材料部分（约40％的电池重量）引导到专用的回收过程^[[2]]。在动力电池回收数量急剧增加的情况下，安全问题和高劳动力成本的背景下，自动提取和拆卸技术的开发受到高度关注，这就取决于电池结构中的回收和标准化设计。以动力电池全生命周期为参照，评估对于回收路线中的经济和社会效益。

Felipe Cerdas等人分析了锂离子电池在回收过程中相关的环境效益。阐述了回收行业可能影响环境的不同方式的框架，该框架进一步用于描述回收动力电池的潜在环境影响^[[3]]。通过对LithoRec项目中开发的过程进行了能量和材料流分析，探讨了项目开发的每个单元过程环境表征，研究在LithoRec项目背景下进行的生命周期评估（LCA）的结果，并确定了为了开发回收过程而需要考虑的关键问题，这些回收过程有助于制定与完善动力电池并行的环境一致的回收策略行业。

美国为了便于动力电池全生命周期的管理，动力电池生产商通过生产时的统一代码来跟踪，而且相关机构通过研发探索提高了废旧动力电池的资源利用率^[[4]]。美国对于电池的梯级利用处于领先地位，除了示范工程项目外，梯级利用的商业化运转也逐渐普及，涉及通信基站和电玩储能等多个领域。日本政府制定相应的政策，规定生产商负责回收废旧动力电池，政府给与相应的补助，一方面提高回收积极性，另一方面可以用于处理废旧动力电池。丰田汽车公司的研究人员在废旧电池处理上的研究取得了明显的成效，尤其是在镍氢电池的再生利用技术等方面的研究改进。在德国，完善的动力电池循环利用产业链实现电池的最大化利用，经回收的电池运输到终极回收拆解企业，拆解后有用物质转运到资源化利用企业，用于再制造，包括资源化利用企业、冶金企业以及废塑料企业等。

1.2.2 国内研究现状分析

在动力电池管理策略上，由于起步较晚，在回收管理和回收处理工艺等方面还缺乏相关经验，相对于欧美和日本还有一定的差距，但是我国作为新能源汽车容量最大的国家，研究机构和学者对于动力电池的回收循环利用也在一直不断地学习和摸索，目前已经取得一定的研究成效。

叶梓萌通过当前的回收现状研究了动力电池回收模式，以正向供应链的引导，探讨闭环供应链上各个企业的责任，电池生产企业对电池研发和改进，汽车生产企业在回收中起决定作用，汽车经销商则在回收的起始端，再制造企业对回收的电池进行拆解处理，每个企业在回收模式中都有自己的优势和缺点，在现有的基础上，同时参照国外先进的动力电池回收模式，根据我国政策和环境的大背景，建立生产者责任制的回收模式。对于当前废旧动力电池的回收具有一定的参考意义[^[5]]。

靳起浩根据生命周期理论分析了电动汽车每个阶段的相应的产业模式，参照动力电池的使用情况，建立了废旧电池回收模式，并得出相关结论，在电动汽车的导入期，由于电动汽车生产企业的资金有限，回收电池会消耗大量的公司资源，因此把回收电池的业务交由销售商，而且此时销售商在电池回收中与车主接触，提高回收的效率^[[6]]；当电动汽车进入成长期，公众逐渐意识到电动汽车的优势，由于企业的不断积累，已经具有可观的实力，而且企业亟需足够的资金来源来为下一阶段做准备，此时电动汽车生产商来负责回收动力电池，将获得相当大的利润。

阮晓东认为，为了促进动力电池的资源化利用和良好发展，不但需要回收企业的大力投入，动力电池的生产和回收是一整个产业链，产业链上的每个主体都应该作出努力，包括汽车生产商、电池生产商、电池租赁企业、报废汽车拆解企业和消费者[^[7]]。

韩路等人结合当前梯级利用的状况，分析了从电池退役到应用在其他领域的过程，认为对于动力电池梯级利用的研究，分为三个阶段，第一阶段主要就是对电池进行性能检测，筛选出具有使用价值的电池并进行重组，第二阶段就是对第一阶段重组的电池进行产品设计，第三阶段就是根据行业标准，对前期的流程做一个系统的产业链[^[8]]。而梯级利用的每个阶段都还有很多难题需要相应的措施和改进，需要创新的产品技术来推广梯级利用。

慈松通过动力电池使用现状分析了在梯级利用过程中面临的经济、社会和产业问题，提出了动力电池全生命周期的梯级利用管理模式，而实现动力电池的最大化利用，就是对电池组进行SOC估算，同时需要自适应动态的电池组管理技术，为动力电池梯级利用开拓了思路^[[9]]。

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